تطبيق وتطوير المواد المسحوقة غير العضوية في صناعة المطاط

يُستخدم المطاط على نطاق واسع في قطاعات النقل والآلات والإلكترونيات والدفاع وغيرها من قطاعات الاقتصاد الوطني. ومع ذلك، للمطاط عيوبه الكبيرة، مثل ضعف قوى الترابط بين الجزيئات، وكبر حجمه الحر، وضعف قدرته على التبلور الذاتي، مما يؤدي إلى انخفاض قوته ومعامل مرونته، وضعف مقاومته للتآكل. لذلك، من الضروري إضافة حشوات غير عضوية وغير معدنية لتلبية متطلبات هذه التطبيقات.

بشكل عام، تؤدي الحشوات غير العضوية وغير المعدنية في المطاط بشكل رئيسي الوظائف التالية: التقوية، والحشو (زيادة الحجم) وخفض التكلفة، وتحسين أداء المعالجة، وتنظيم خصائص الفلكنة، وإضافة وظائف خاصة.

الحشوات المعدنية غير العضوية وغير المعدنية شائعة الاستخدام في المطاط

(1) السيليكا

تُعدّ السيليكا حاليًا ثاني أكثر عوامل التقوية استخدامًا في صناعة المطاط بعد أسود الكربون. الصيغة الكيميائية للسيليكا هي SiO2·nH2O. تحتوي جزيئاتها على العديد من الفراغات. عندما تتراوح أقطار هذه الفراغات بين 2 نانومتر و60 نانومتر، فإنها تتحد بسهولة مع بوليمرات أخرى، وهذا هو السبب الرئيسي لاستخدام السيليكا كعامل تقوية. وبصفتها عامل تقوية، تُحسّن السيليكا بشكل كبير مقاومة المواد للتآكل والتمزق. كما تُحسّن بشكل كبير الخواص الميكانيكية للإطارات، وتُستخدم على نطاق واسع في المركبات، والأجهزة، والفضاء، وغيرها من المجالات.

(2) كربونات الكالسيوم الخفيفة

تُعدّ كربونات الكالسيوم الخفيفة من أقدم وأكثر مواد الحشو استخدامًا في صناعة المطاط. تُؤدي إضافة كميات كبيرة من كربونات الكالسيوم الخفيفة إلى المطاط إلى زيادة حجم المنتج، مما يُوفر المطاط الطبيعي باهظ الثمن ويُخفّض التكاليف. يُحقق مطاط حشو كربونات الكالسيوم الخفيفة قوة شد ومقاومة تآكل وتمزق أعلى من المطاط المُفلكن النقي. كما أن لها تأثير تقوية كبير في كل من المطاط الطبيعي والصناعي، ويمكنها أيضًا تعديل القوام. وفي صناعة الكابلات، تُوفّر درجة معينة من العزل. (3) الكاولين

الكاولينيت هو سيليكات ألومينو مائية، وهو معدن طيني شائع. يُعزز تطبيقه العملي في المطاط مرونته، وخصائصه العازلة، واستطالته، ومتانته عند الانحناء. تُحسّن إضافة الكاولينيت المُعدّل إلى مطاط ستايرين-بوتادين (SBR) بشكل ملحوظ استطالة المطاط، ومتانته عند التمزق، وصلابة شور، مع إطالة عمره الافتراضي.

(4) الطين

يمكن إضافة الطين أثناء تصنيع الإطارات، حسب متطلبات عملية الإنتاج. يُستخدم الطين كمادة مالئة لخفض التكاليف. مع ذلك، يجب أن يكون طينًا مُنشّطًا لتسهيل الالتصاق بالمطاط. يُمكن للطين المُنشّط أو المُعدّل أن يحل محل أسود الكربون جزئيًا في التركيبة.

تُشير الدراسات إلى أنه مع زيادة كمية الطين، تنخفض صلابته، وإجهاد الشد بنسبة 300%، ومتانته عند الشد في مُركّب المطاط بشكل طفيف، ولكن يُمكن تعويض ذلك بتعديل نظام الفلكنة. عند استخدامه في تركيبات مداس المطاط، بعد تحسين النظام، يُمكنه أيضًا تقليل مقاومة التدحرج.

(٥) كبريتات الباريوم

يُحسّن هذا المنتج بفعالية مقاومة تآكل المنتجات المطاطية، مثل مطاط الإطارات والأحزمة، ومقاومة العوامل الجوية. كما يُحسّن نعومة سطحها. وباعتباره حشوًا للمطاط المسحوق، فهو لا يُحسّن معدل الاستخدام فحسب، بل يتميز أيضًا بمزايا واضحة من حيث التكلفة الاقتصادية.

(٦) التلك

يُقسم مسحوق التلك عادةً إلى مسحوق التلك الصناعي العام ومسحوق التلك فائق النعومة. يُعتبر الأول، كحشو للمطاط، غير مُقوٍّ، وله تأثير ضئيل في تحسين الخصائص الفيزيائية للمطاط. لذلك، يُستخدم مسحوق التلك الصناعي العام غالبًا كعامل فصل. من ناحية أخرى، يتميز مسحوق التلك فائق النعومة بتأثير مُقوٍّ جيد. عند استخدامه كحشو للمطاط، تكون قوة شد المطاط مساوية لقوة شد السيليكا.

(٧) الجرافيت

ينتمي الجرافيت إلى معادن السيليكات الصفائحية غير المعدنية، ويتميز بموصلية حرارية وكهربائية وتشحيم جيدين. يتضمن استخدام الجرافيت كحشو للمطاط عملية مشابهة لتلك المستخدمة في المونتموريلونيت، حيث يُحلل الجرافيت إلى جزيئات نانوية باستخدام تقنية خاصة. عند اندماج هذه الجزيئات النانوية مع مصفوفة المطاط، تتحسن خصائصه الوظيفية المختلفة. على سبيل المثال، تتحسن الموصلية الكهربائية والحرارية، وعزل الهواء، والخصائص الميكانيكية بشكل ملحوظ.